動(dòng)力鋰離子電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

摘要：本文討論了動(dòng)力鋰電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，以實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰電池動(dòng)力電池組的過(guò)充電保護(hù)、過(guò)放電保護(hù)、過(guò)流保護(hù)和均衡充電等功能。

1保護(hù)電路的功能

1.1過(guò)充電保護(hù)

對(duì)鋰離子電池來(lái)說(shuō)，其充電后單節(jié)電芯最高電壓不得超過(guò)規(guī)定值，否則電池內(nèi)的電解質(zhì)會(huì)被分解，使得溫度上升并產(chǎn)生氣體，降低電芯的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鸨?，所以保護(hù)電路一定要保證絕對(duì)不可過(guò)度充電，必須對(duì)電池組中每一節(jié)電池的端電壓進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)電芯的電壓超過(guò)設(shè)定值時(shí)，即激活過(guò)充電保護(hù)功能，由保護(hù)電路切斷充電回路，中止充電。在電芯電壓回歸到允許的電壓并解除過(guò)充鎖定模式時(shí)，才能停止保護(hù)。不同材料的鋰離子電池其保護(hù)電壓和釋放電壓都有其不同的規(guī)定值。

另外，還必須注意因噪聲所產(chǎn)生誤動(dòng)作，為了防止誤判和誤操作，還要設(shè)置過(guò)充保護(hù)延時(shí)，并且延遲時(shí)間不能短于噪聲的持續(xù)時(shí)間。當(dāng)電壓持續(xù)超過(guò)過(guò)充檢測(cè)電壓一定時(shí)間以上才會(huì)觸發(fā)過(guò)充保護(hù)。

1.2過(guò)放電保護(hù)

鋰離子電池的過(guò)度放電，也會(huì)縮短其使用壽命，而且對(duì)電池造成的損害往往是不可逆的。為了防止鋰離子電池的過(guò)放電狀態(tài)，當(dāng)鋰離子電池電壓低于其過(guò)放電電壓檢測(cè)點(diǎn)時(shí)，即激活過(guò)放電保護(hù)，中止放電，并將電池保持在低靜態(tài)電流的待機(jī)模式，參數(shù)設(shè)置類(lèi)似過(guò)充保護(hù)。

1.3過(guò)電流/短路保護(hù)

鋰離子電池的最大放電電流有一定限制，過(guò)大的放電電流同樣會(huì)引起鋰電池的不可恢復(fù)的損壞，影響其使用壽命。

短路保護(hù)這個(gè)功能其實(shí)是過(guò)流保護(hù)的擴(kuò)展，若由于外部短路等原因引起的大電流放電時(shí)要立刻停止放電，否則對(duì)鋰電池本身和外部設(shè)備都可能會(huì)造成嚴(yán)重的損害。

1.4電池均衡

動(dòng)力鋰離子電池一般都要幾串、幾十串甚至幾百串以上，由于電池在生產(chǎn)過(guò)程中，從涂膜開(kāi)始到成為成品要經(jīng)過(guò)很多道工序，即使經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的檢測(cè)程序，使每組電源的電壓、電阻、容量一致，但使用一段時(shí)間以后，電池內(nèi)阻、電壓、容量等參數(shù)產(chǎn)生波動(dòng)，形成不一致的狀態(tài)，就會(huì)產(chǎn)生這樣或那樣的差異。這種差異體現(xiàn)為電池組充滿(mǎn)或放完時(shí)串聯(lián)電池芯之間的電壓不相同。這種情況下導(dǎo)致電池組充電的過(guò)程中，電壓過(guò)高的電池芯提早觸發(fā)電池組過(guò)充電保護(hù)，而在放電過(guò)程中電壓過(guò)低的電池芯導(dǎo)致電池組過(guò)放電保護(hù)，從而使電池組的整體容量明顯下降，整個(gè)電池組體現(xiàn)出來(lái)的容量為電池組中性能最差的電池芯的容量，而且使用時(shí)很容易發(fā)生過(guò)充和過(guò)放現(xiàn)象，且不易發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致提前失效。因此要求保護(hù)電路能夠完成電池單元的均衡操作，用以從具有較高電壓的電池抽取多余的電流，消耗多余的電量，實(shí)現(xiàn)電池均衡，最大限度地發(fā)揮動(dòng)力鋰電池的效用，延長(zhǎng)電池的使用壽命，增加安全性。目前常用的均衡方法有儲(chǔ)能均衡和電阻均衡。

2.1IC控制

目前可以實(shí)現(xiàn)鋰離子電池保護(hù)功能的芯片很多，國(guó)外、臺(tái)灣、大陸都有很多種芯片可以選擇，目前日系理光和精工的方案采用的比較多，方案成熟，外圍電路簡(jiǎn)單，但是價(jià)格比較貴。

各種保護(hù)IC實(shí)現(xiàn)的功能相差無(wú)幾，其保護(hù)模式和外部線(xiàn)路也大同小異，在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)需要選擇不同IC。選擇IC的時(shí)候要多方考慮，不同型號(hào)的IC的過(guò)充電保護(hù)電壓是不同的，有4.25V也有4.35V的，還有IC的自身功耗、外圍電路是否夠簡(jiǎn)單、保護(hù)IC的各參數(shù)精度是否符合要求，體積是否足夠小，都要考慮周到。